飞行器的飞行原理(一)

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2.1.4 大气的物理性质（续）

粘性（viscosity）
大气的粘性是相邻大气层 之间相互运动时产生的牵 扯作用力，也叫大气的内 摩擦力。 不同流体的粘性是不同 的。流体粘性的大小可以 用内摩擦系数来衡量。 流体的粘性和温度是有 关系的。
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2.1.4 大气的物理性质（续）
v S y F v S y F
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[补充概念] 流量
单位时间内流过流管横 截面的流体质量称为流 量。
qm vA
qm为 流体的流量， ρ为
流体的密度 ， v 为流速 ， A 为流管的横截面积。
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2.2.2 流体流动的连续性定理
qm,1 qm,2 qm,3
对于不可压缩流体
v1 A1 v2 A2 v3 A3 常数
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2.2 流动气体的基本规律

2.2.1 相对运动原理
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[补充概念]流线、流面、流管

流线(stream line)：流场中可以绘制出许多称为流线的 线，在每一流线的各点上，它的切线方向就是该点处流 体微团的流动速度方向。

流面：在流场中，取一条不是 流线的曲线 OS . 在同一瞬时通 过OS上所有点做流线，这些紧 密相连的流线构成一流动表面， 称为流面。 流管(stream tube)：在流场中 通过一条封闭曲线的所有流线 形成的管，且每一条流线与该 封闭曲线只有一个交点。

以大气中温度随高度的分布为依据，可将大气层 分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
按照大气成分的均一性质划分，可将大气层分为 均质层（从地面至约90km高度）和非均质层 （90km以上高度）。

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地球大气环境
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2.1.2 近地空间环境
（一）真空环境
（二）热环境 空间热源来自太阳的直接辐射、太阳热辐射被地球表面的反射（即地 球反照）和地球本身的热辐射。
c 20 T
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2.1.4 大气的物理性质（续）

马赫数（mach number）
Ma v / c
v 是远前方来流的速度（即飞行速度）； c 是飞行 高度上的大气中的声速。
低速飞行: Ma≤ 0.4;可忽略流体的压缩性。
亚声速飞行： 0.4<Ma≤ 0.85
跨声速飞行: 0.85<Ma ≤ 1.3 超声速飞行: 1.3 <Ma ≤ 5.0 高超声速飞行: Ma >5.0

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2.1.2 近地空间环境（续）
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2.1.3 国际标准大气


国际标准大气是由国际性组织颁布的一种“模式 大气”。它依据实测资料，用简化方程近似地表 示大气温度、密度和压强等参数的平均铅锤分布。 各地的实际大气参数与国际标准大气之间存在差 别。 国际标准大气有如下规定：大气被看成完全气体， 服从气体的状态方程；以海平面的高度为零高度。 在海平面上，大气的标准状态为：气温为15℃， 压强为一个标准大气压，密度为1.225kg/m3，声 速为341m/s。
第二章 飞行器的飞行原理
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本章内容概要


飞行环境
流体流动的基本规律
飞机上的空气动力作用及原理
高速飞行的特点 飞机的飞行性能、稳定性和操纵性 直升机的飞行原理 火箭飞行原理 航天器飞行原理
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2.1 飞行环境


2.1.1 大气飞行环境
包围地球的空气层是航空器唯一的飞行活动环境， 也是导弹和航天器的飞行环境。
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补充知识：定常流动(steady flow)与 非定常流动(unsteady flow)
在流场的任一点处，如流体微团的速度、密度和压力等随时 间变化，称为非定常流动；反之称为定常流动。
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(2) 可压缩流体的伯努利方程
Hale Waihona Puke Baidu
式中 , η 是流体的内摩擦系数或称为动力粘度系数， τ 为
内摩擦剪应力。 不考虑粘性作用的流体称为理想流体，即 η 趋于零的流 体。
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2.1.4 大气的物理性质（续）


压缩性(compressibility) 流体的压缩性是当压力或温度改变时，流体改变自己体 积或密度的性质。一般认为液体是不可压缩的，而气体 是可压缩的。 声速(sound speed) 声波在流体中的传播速度，单位m/s. 流体的可压缩性越大，声速越小；流体的可压缩性越小， 声速越大。 在大气中,声速的计算公式为
（三）磁环境
地球本身具有较强的磁场，影响范围向上可达数万公里。 （四）辐射环境
太阳电磁辐射：各种波长的电磁波、除可见光外，还有红外线、紫外 线、X射线。
地球辐射带：地球磁场捕获的带电粒子聚集而形成辐射能带。 太阳宇宙线：太阳发生耀斑时发射出来的高能带电粒子，俗称“太阳 风”。 银河宇宙线：来自银河系的高能带电粒子。
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2.1.4 大气的物理性质

大气的状态参数和状态方程
对一定数量的气体，它的压强 p 、温度 T 和密度 ρ 这 三个参数就可以决定它的状态。
p RT
其中，T为大气的绝对温度（单位K）R为气体常数， 对于空气其值为287.05J/kg· K。
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2.1.4 大气的物理性质（续）

连续性
假设：空气不是分子组成的，而是由连续介质构成。 假设成立条件：飞行器的尺寸远远大于空气分子的平均自 由行程（一个空气分子经一次碰撞后到下一次碰撞前平 均走过的距离）。
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2.1.2 近地空间环境（续）
卫星的受热状态
“太阳风”对地球磁场的 影响
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2.1.2 近地空间环境（续）

近地空间环境由多种环境组成，其中对航天活动存在较 大影响的环境因素主要包括太阳电磁辐射、地球中性大 气、地球电离层、地球磁场以及空间带电粒子辐射。 空间环境对航天器的影响表现为一种综合效应，即一个 环境参数可以对航天器产生多方面的影响，一个航天器 状态也会受到多种环境因素的作用。
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2.2.3 伯努利定理
流体在容器和管道中的流动情况
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2.2.3 伯努利定理（续）
（ 1 ）不可压缩（低速）理想流体（不考虑流体粘 性）沿流管作定常流动时的伯努利定理
1 2 1 2 p1 v1 p2 v2 p0 2 2
p1 截面1的静压； p2 截面2的静压( static pressure)； 1 2 v 动压(dynam ic pressure)； 2 p0 总压(total pressure)。